高山峽谷地區(qū)橋梁臨時(shí)支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及吊裝施工

周明杰

(中鐵十六局集團(tuán)鐵運(yùn)工程有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

近年來，我國向西南地區(qū)高速公路投資不斷加大，在橋梁工程施工中遇到了更大的技術(shù)難題，很多橋梁施工處于高山峽谷之中，施工地質(zhì)環(huán)境極差。高支架現(xiàn)澆梁施工，施工周期長，對(duì)地基基礎(chǔ)要求高，安全風(fēng)險(xiǎn)大，物流組織復(fù)雜困難。本論文結(jié)合施工案例，提出了根據(jù)不同的地形、地質(zhì)環(huán)境制定不同的支架基礎(chǔ)方案和吊裝方案。

1 工程概況及施工難點(diǎn)分析

1.1 工程概況

龍?zhí)痘ネㄊ搅⒔晃挥谥貞c市石柱縣龍?zhí)多l(xiāng)境內(nèi)，為現(xiàn)澆箱梁，梁高分170 cm和180 cm兩種，梁寬從8.56 m到23.78 m不等，共有9聯(lián)30跨。橋梁位區(qū)屬溶蝕中低山河谷斜坡地貌，線路主要位于斜坡中部，斜坡地形坡角一般40～90°，沿溝谷左側(cè)斜坡中下部往下游進(jìn)行，跨越楊家河溝和龍?zhí)逗?，橋梁頂面高?～57 m，均跨越溝谷地段。

1.2 施工難點(diǎn)分析

橋梁地處重慶喀斯特地形，且均為高支架匝道橋梁，橋梁荷載大，線形復(fù)雜，給支架設(shè)計(jì)及施工帶來極大的困難，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(1)由于是匝道橋梁，箱梁縱橫向線形極其復(fù)雜，且地形沿橋梁縱向起伏較大，由此給臨時(shí)支架的設(shè)計(jì)工作帶來極大的困難。

(2)現(xiàn)澆梁多位于河道、陡坡、懸崖、山谷軟弱土層上，臨時(shí)支架基礎(chǔ)施工困難，承載力無法滿足施工要求；且雨季時(shí)間長，臨時(shí)支架基礎(chǔ)受到山洪沖刷的威脅，支架存在極大的安全隱患。

(3)受地形條件限制，施工作業(yè)現(xiàn)場場地狹小，機(jī)械設(shè)備難以進(jìn)入，支架施工極其困難。

2 現(xiàn)澆梁支架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

通過專家現(xiàn)場勘察、方案比選，決定采用鋼管柱+貝雷梁+滿堂盤扣式腳手架支架方案(見圖1)。臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由上而下分別為：①竹膠板底模；②10 cm×10 cm方木，間距30 cm；③I14工字鋼，間距120 cm；④盤扣支架；⑤橫向I22b工字鋼分配梁，間距120 cm；⑥貝雷梁；⑦橫向雙拼工字鋼I56b；⑧?609 mm鋼管柱；⑨支架基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)。

圖1 現(xiàn)澆梁支架體系(單位：cm)

上述結(jié)構(gòu)中，盤扣支架的設(shè)置主要是為適應(yīng)橋梁復(fù)雜多變的線形；使用不同規(guī)格長度的鋼立柱組合以適應(yīng)不同支架高度，滿足喀斯特山區(qū)地形高支架現(xiàn)澆梁施工要求；針對(duì)不同的地質(zhì)條件，設(shè)置了樁基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)等不同類型的支架基礎(chǔ)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，采用上述方法，能較好解決地處山坡、陡壁、河流區(qū)域橋梁高支架的設(shè)置問題。

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下支架基礎(chǔ)解決方案

3.1 湍急河流中的支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工

現(xiàn)澆梁與龍?zhí)逗幼呦虺?0°角，正線與匝道橋多次跨越河流，大部分支架位于河道之中。由于工程量大、施工任務(wù)繁重，僅靠枯水期無法完成現(xiàn)澆梁施工任務(wù)，因此，支架施工不得不考慮在雨季施工。該地5～10月為汛期，每年山洪爆發(fā)10次以上，嚴(yán)重威脅支架安全，普通支架基礎(chǔ)無法滿足雨季排洪需要，且現(xiàn)場無法滿足支架安裝施工機(jī)械場地需求。按照常規(guī)做法，支架基礎(chǔ)可采用以下幾種方案[1-2]：

(1)樁基礎(chǔ)方案。填筑施工平臺(tái)，沖擊鉆作業(yè)成孔，灌注水下混凝土。

(2)條形基礎(chǔ)方案一。在枯水期填筑施工平臺(tái)，并分層碾壓至洪水位高度以上1 m，然后施作條形基礎(chǔ)。

(3)條形基礎(chǔ)方案二。在枯水期改移河道，然后放樣、開挖至持力層，施工條形基礎(chǔ)。

以上幾種方案各有特點(diǎn)，經(jīng)過詳細(xì)探討方案比選，最后決定在第3種方案基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，采用筑島填筑施工平臺(tái)方案(見圖2)，即把條形基礎(chǔ)延伸至山體的巖石，使河水無法進(jìn)入封閉的施工平臺(tái)。需在枯水季節(jié)(10月20日～次年4月份)，用挖掘機(jī)改移河道至左側(cè)后，再開挖河道右側(cè)的條形基礎(chǔ)，挖至河床下持力層，大功率水泵抽干水，在持力層鉆眼，插入?32 mm抗滑鋼筋，搶工完成條形基礎(chǔ)。條形基礎(chǔ)橫斷面設(shè)計(jì)為3層擴(kuò)大條形基礎(chǔ)：第1層基礎(chǔ)橫斷面3.0 m寬×1.8 m高，相鄰的基礎(chǔ)中間填充20 cm厚C20砼并抹平，然后施工第2層、第3層基礎(chǔ)。基礎(chǔ)高出歷年最高洪水位1 m，此設(shè)計(jì)可以滿足條形基礎(chǔ)之間泄洪需求，確保基礎(chǔ)底部不會(huì)被河水沖空，保證支架安全。

沿順河道方向澆筑C15砼擋土墻(見圖3)，進(jìn)行河水導(dǎo)流，擋墻基礎(chǔ)1.0 m寬，墻身高度4.0 m，墻身寬度0.7 m，保護(hù)施工平臺(tái)不被山洪沖刷，確保汛期洪水不進(jìn)入施工平臺(tái)。

圖2 筑島填筑施工平臺(tái) 圖3 設(shè)置擋土墻

以上措施解決了在狹窄的山谷中支架安裝所需的施工場地，有效避免了山洪對(duì)支架基礎(chǔ)和支架的沖擊，保證了施工安全和工程順利進(jìn)行。

3.2 陡坡地段支架基礎(chǔ)方案

山坡角度在40～60°的陡坡地段，多數(shù)地帶土質(zhì)松軟、含水率高、易滑塌，不具備機(jī)械開挖條件，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為人工挖孔樁基礎(chǔ)(見圖4)。人孔挖樁施工中綜合運(yùn)用了設(shè)置截水溝、卸載減壓、注漿固結(jié)、支頂、邊坡掛網(wǎng)錨噴防護(hù)相結(jié)合的措施進(jìn)行山體加固(見圖5)，然后進(jìn)行樁基開挖，確保開挖作業(yè)安全。

圖4 陡坡地段挖孔樁基礎(chǔ) 圖5 山體加固

3.3 懸崖峭壁上支架基礎(chǔ)方案

A、B、C匝道橋臺(tái)處山體巖石陡壁達(dá)到80～90°，支架基礎(chǔ)位于陡壁上的巖石上，開挖設(shè)備無法進(jìn)入，支架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成擴(kuò)大基礎(chǔ)。采用人工打眼爆破方法，把山體爆破成施工平臺(tái)，然后在平臺(tái)上澆筑C30鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)(見圖6)。爆破法開挖施工平臺(tái)，需要在爆破點(diǎn)300 m范圍做好警戒防護(hù)工作，撤離人員、機(jī)械設(shè)備后方可實(shí)施爆破作業(yè)。

圖6 陡壁巖石地基擴(kuò)大基礎(chǔ) 圖7 軟弱土層換填處理

3.4 山谷軟弱地基處理方案

在山谷中遇到軟弱土層時(shí)，承載力無法滿足施工需求，要對(duì)軟弱土層采用換填碎石處理。采用20 t壓路機(jī)進(jìn)行碾壓(見圖7)，經(jīng)檢測地基承載力不小于400 kPa，方可進(jìn)行條形基礎(chǔ)施工?；A(chǔ)設(shè)計(jì)為截面尺寸為3.0 m寬×1.5 m高的C30鋼筋砼基礎(chǔ)，并預(yù)埋鋼板。

4 施工材料吊運(yùn)和支架吊裝問題解決方案

針對(duì)施工場地狹窄、施工材料運(yùn)輸?shù)跹b的難題，綜合采用汽車吊、塔吊組合的方式，較好的解決了施工材料吊運(yùn)和支架吊裝問題。

4.1 汽車吊方案

在已經(jīng)完成的毗鄰橋面上利用汽車吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，利用25 t或者75 t汽車吊完成材料吊運(yùn)和支架安裝。毗鄰橋面有兩種工況：第1種工況，本條高速公路線路已完成架設(shè)簡支T梁，并完成濕接縫施工之后。第2種工況，現(xiàn)澆梁橋面已經(jīng)完成張拉、壓漿工序，并且壓漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，即強(qiáng)度大于50 MPa。經(jīng)計(jì)算，這兩種工況下，橋梁均可滿足25 t和75 t吊車在橋面上起重作業(yè)。

地處山谷底的高支架安裝，使用100 t吊車方能滿足吊裝要求，作業(yè)場地需要15.0 m×12.0 m，多數(shù)情況下，現(xiàn)場無法滿足場地需要。

(1)吊車作業(yè)場地在山體坡腳時(shí)，采用機(jī)械開挖山坡擴(kuò)大場地。當(dāng)山體坡腳為中風(fēng)化巖和弱風(fēng)化灰?guī)r時(shí)，直接采用300型挖掘機(jī)進(jìn)行破碎作業(yè)，形成垂直開挖面。

(2)當(dāng)山體坡腳地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化巖石、土質(zhì)或者滑坡體時(shí)，則需要對(duì)山體進(jìn)行綜合加固防護(hù)處置。采用山體上方施作截水溝、卸載減壓(見圖8)、填縫灌漿、邊坡掛網(wǎng)錨噴防護(hù)相結(jié)合的措施進(jìn)行山體加固(見圖9)。等山體固結(jié)后，對(duì)坡腳進(jìn)行開挖，并施作重力式擋土墻，避免山體滑坡。

圖8 易滑坡地段卸載減壓 圖9 綜合措施加固山體

(3)當(dāng)?shù)踯囎鳂I(yè)場地處于河道邊時(shí)，在保證不淤堵河道情況下，在河道中埋設(shè)數(shù)根?80 cm、壁厚10 mm的鋼管，然后筑島填筑施工平臺(tái)。吊裝作業(yè)完成后及時(shí)清理施工平臺(tái)，防止河道淤堵。

4.2 塔吊方案

根據(jù)地形、吊裝重量和覆蓋范圍多采用QTZ63(5013)型和80型(5612)型塔吊，大臂半徑為50 m和56 m。

(1)首先在AutoCAD軟件上畫出1∶1圖形，設(shè)置塔吊位置，塔吊既要盡可能多的覆蓋現(xiàn)澆梁作業(yè)范圍，又要便于材料吊裝，塔吊高度要高于支架10 m。塔吊盡可能地設(shè)置在墩柱旁邊，在墩柱上設(shè)置塔吊附著。

(2)山谷狹窄的地方，要考慮塔吊大臂作業(yè)時(shí)和山體、樹木的碰撞。此種情況，利用全站儀免棱鏡模式現(xiàn)場采集塔吊有可能碰撞的山體或者樹木的坐標(biāo)和高程，并在AutoCAD軟件中導(dǎo)入采集的障礙物數(shù)據(jù)，模擬施工現(xiàn)場，對(duì)塔吊的位置進(jìn)行微調(diào)；也可通過設(shè)置塔吊大臂的長度避開對(duì)山地的碰撞，必要的時(shí)候，可以采用人工砍伐障礙樹木。塔吊基礎(chǔ)施工時(shí)，采用全站儀準(zhǔn)確放樣，滿足施工需要。

5 結(jié)束語

龍?zhí)痘ネìF(xiàn)澆梁施工中，通過采用上述措施，保證了施工安全和進(jìn)度，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，為類似工程提供了參考。